원자력기사 필기 기출문제복원 (2019-09-07)

원자력기사 2019-09-07 필기 기출문제 해설

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원자력기사
(2019-09-07 기출문제)

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1과목: 원자력기초

1. 핵이성체 변환(Isomeric transition)에서 발생하는 감마선은 선스펙트럼을 가진다. 다음 중 이와 유사하게 선스펙트럼 방사선을 방출하는 붕괴반응은?

  1. 내부전환(Internal conversion)
  2. β+붕괴
  3. 전자포획(Electron capture)
  4. 쌍생성(Pair production)
(정답률: 75%)
  • 내부전환은 여기 상태의 원자핵이 바닥 상태로 전이하며 감마선을 방출하는 대신, 그 에너지를 원자핵 주변의 전자에게 전달하여 전자를 방출시키는 현상으로, 핵이성체 변환과 마찬가지로 불연속적인 선스펙트럼 특성을 가집니다.

    오답 노트
    $\beta^{+}$붕괴, 전자포획, 쌍생성은 에너지 분포가 연속적이거나 메커니즘이 다른 반응입니다.
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2. 원자핵의 총 결합에너지(Total binding energy)가 가장 큰 것은?

  1. 4He
  2. 16O
  3. 56Fe
  4. 238U
(정답률: 75%)
  • 핵자당 결합에너지는 $^{56}Fe$가 가장 크지만, 원자핵의 총 결합에너지는 핵자 수(양성자 수 + 중성자 수)가 많을수록 전체 합산 값이 커집니다. 따라서 제시된 보기 중 질량수가 가장 큰 $^{238}U$의 총 결합에너지가 가장 큽니다.
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3. 다음 중 경수로에서 양(+)의 반응도(Reactivity)를 주는 것은?

  1. 독물질 생성
  2. 냉각재 온도 증가
  3. 239Pu 생성
  4. 노심 내 기포 생성
(정답률: 76%)
  • 반응도가 양(+)이라는 것은 유효증배계수가 증가하여 중성자 경제가 좋아짐을 의미합니다. $^{239}\text{Pu}$는 핵분열성 물질로, 생성 시 중성자 발생량을 증가시켜 반응도를 높입니다.

    오답 노트
    독물질 생성: 중성자 흡수로 반응도 감소
    냉각재 온도 증가: 밀도 감소로 감속 성능 저하 및 반응도 감소
    노심 내 기포 생성: 냉각재 밀도 감소로 반응도 감소
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4. 1mg의 235U로부터 얻을 수 있는 핵분열에너지는 최대 어느 정도인가? 단, 핵분열 당 발생에너지는 200MeV이다.

  1. 5.13 × 1020MeV
  2. 8.20 × 106J
  3. 5.13 × 1018MeV
  4. 8.20 × 104J
(정답률: 56%)
  • 질량으로 주어진 연료의 원자 수를 구한 뒤, 핵분열 1회당 발생하는 에너지를 곱하여 총 에너지를 산출합니다.
    ① [기본 공식] $E = \frac{m}{M} \times N_A \times E_{fission}$
    ② [숫자 대입] $E = \frac{1 \times 10^{-3}}{235} \times 6.022 \times 10^{23} \times 200$
    ③ [최종 결과] $E = 5.13 \times 10^{20}$ MeV
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5. 속핵분열 인자(Fast fission factor, ε)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 경수로와 같이 저농축 연료를 사용할 때 1.02~1.08 정도의 값을 가진다.
  2. 일반적으로 핵연료의 농축도에 크게 영향을 받지 않는다.
  3. 비균질 원자로에 대한 ε값이 균질 원자로의 ε값보다 크다.
  4. 감속재에 대한 우라늄의 부피비가 클수록 감소한다.
(정답률: 60%)
  • 속핵분열 인자 $\epsilon$은 열핵분열 외에 속중성자에 의한 핵분열이 추가로 일어나는 비율을 의미합니다. 연료의 양이 많아질수록(감속재 대비 우라늄의 부피비가 클수록) 속중성자가 감속되기 전 핵연료와 충돌하여 핵분열을 일으킬 확률이 높아지므로 속핵분열 인자는 증가합니다.

    오답 노트
    저농축 연료 시 1.02~1.08 값 가짐: 일반적인 경수로의 특성임
    농축도 영향: 농축도보다는 연료의 기하학적 배치와 부피비에 영향을 받음
    비균질 원자로: 연료 영역 내 속중성자속이 더 높아 균질 원자로보다 $\epsilon$값이 큼
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6. 1GBq의 60Co이 3반감기 동안 방출하는 베타(β) 입자는 약 몇 개인가? 단, 60Co의 반감기는 5.26년이며, 붕괴 당 한 개의 β입자를 방출한다.

  1. 0.3 × 1017
  2. 1.5 × 1017
  3. 2.1 × 1017
  4. 2.4 × 1017
(정답률: 30%)
  • 방출된 입자 수는 붕괴한 핵자 수와 같으며, 3반감기 동안 붕괴한 핵자 수는 전체 초기 핵자 수의 $7/8$에 해당합니다. 초기 핵자 수 $N_0$는 방사능 $A = \lambda N_0$ 공식을 통해 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $N = N_0 \times (1 - (1/2)^n) = \frac{A}{\lambda} \times (1 - (1/2)^n)$
    ② [숫자 대입] $N = \frac{1 \times 10^9}{\frac{\ln 2}{5.26 \times 365 \times 24 \times 3600}} \times (1 - (1/2)^3)$
    ③ [최종 결과] $N = 2.1 \times 10^{17}$
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7. 235U와 238U을 장전한 원자로에서의 전환비(Conversion ratio)를 바르게 나타낸 것은?

  1. (생성된 235U 양) ÷ (소모된 238U 양)
  2. (생성된 239Pu 양) ÷ (소모된 238U 양)
  3. (생성된 238U 양) ÷ (소모된 235U 양)
  4. (생성된 239Pu 양) ÷ (소모된 235U 양)
(정답률: 66%)
  • 전환비는 소모된 핵분열성 물질(분모) 대비 새롭게 생성된 핵분열성 물질(분자)의 비율을 의미합니다. $^{235}U$가 소모되면서 $^{238}U$가 중성자를 흡수하여 $^{239}Pu$로 전환되므로, 전환비는 생성된 $^{239}Pu$ 양을 소모된 $^{235}U$ 양으로 나눈 값입니다.
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8. 노심의 축방향 중성자속 분포에 영향을 주는 것이 아닌 것은?

  1. 봉산수 농도
  2. 제어봉 위치
  3. 노심 수명
  4. 제논 분포
(정답률: 68%)
  • 노심의 축방향 중성자속 분포는 제어봉의 삽입 깊이, 제논의 공간적 분포, 노심 수명에 따른 연료 연소도 차이 등에 의해 결정됩니다. 반면, 봉산수 농도는 노심 전체의 반응도를 조절하는 균일한 농도 제어 방식이므로 특정 방향(축방향)의 분포에 직접적인 영향을 주지 않습니다.
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9. 경수로의 정상운전 중 안전성과 경제성을 위해 감속재와 핵연료의 수밀도비(Nm/Nf)를 어떻게 유지하는가?

  1. 최적값(유효증배계수가 최대가 되는 수밀도비)으로 유지(Optimal moderation)
  2. 최적값보다 매우 크게 유지(Over moderation)
  3. 최적값보다 약간 크게 유지(Slightly over moderation)
  4. 최적값보다 약간 작게 유지(Slightly under moderation)
(정답률: 62%)
  • 경수로에서는 반응도 제어의 안전성을 확보하기 위해 유효증배계수가 최대가 되는 최적값보다 약간 작게 유지하는 저감속(Slightly under moderation) 상태로 운전합니다. 이는 감속재 밀도가 감소할 때 반응도가 감소하도록 하여 음의 반응도 계수를 유지하기 위함입니다.
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10. 다음 중 중성미자(Neutrino)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 중성미자는 정지질량이 전자와 비슷하고 전하를 띠지 않는다.
  2. 최소한 6가지 종류의 중성미자가 있다.
  3. 전자 중성미자와 전자 반증성미자는 각각 β+붕괴와 β-붕괴로부터 생성된다.
  4. 일반적으로 전자 중성미자와 전자 반중성미자는 구분하지 않고 하나의 중성미자로 간주한다.
(정답률: 69%)
  • 중성미자는 전하를 띠지 않는 것은 맞으나, 정지질량이 전자보다 훨씬 작아 거의 0에 가까운 매우 가벼운 입자입니다.

    오답 노트
    최소한 6가지 종류의 중성미자가 존재하며, 전자 중성미자와 전자 반중성미자는 각각 $\beta^{+}$붕괴와 $\beta^{-}$붕괴에서 생성됩니다.
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11. 다음 반응식에서 중성자(n)의 결합에너지(MeV)는 얼마인가? 단, Mn=1.00866amu, M(13C)=13.00335amu이다.

  1. 3.23MeV
  2. 4.95MeV
  3. 5.11MeV
  4. 6.79MeV
(정답률: 56%)
  • 중성자의 결합에너지는 반응 전후의 질량 차이(질량 결손)에 에너지 환산 계수 $931.5 \text{ MeV/amu}$를 곱하여 구합니다. 반응식은 ${}^{12}C + n \rightarrow {}^{13}C$ 입니다.
    ① [기본 공식] $BE = (M_{{}^{12}C} + M_{n} - M_{{}^{13}C}) \times 931.5$
    ② [숫자 대입] $BE = (12 + 1.00866 - 13.00335) \times 931.5$
    ③ [최종 결과] $BE = 4.95$
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12. 중성자와 원자핵과의 반응에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 대부분의 핵과 중성자 간의 반응에서 북합핵 형성은 3단계로 이뤄진다.
  2. 탄성사란 단면적은 입사중성자의 함수로서 3개의 다른 영역으로 나뉜다.
  3. 비탄성산란은 증성자가 원자핵을 첫 번째 여기상태로 만들 수 있는 충분한 에너지를 가지고 있을 때 발생한다.
  4. 대부분의 핵종에 대해 방사포획 단면적은 중성자 에너지가 낮은 영역에서 1/√E의 형태로 나타난다.
(정답률: 50%)
  • 중성자와 원자핵의 반응에서 복합핵(Compound Nucleus) 형성은 일반적으로 입사 중성자가 핵에 포획되어 에너지가 분배되는 단일 단계의 과정으로 설명됩니다.

    오답 노트
    탄성산란 단면적: 에너지 영역에 따라 3개 영역으로 구분됨 (옳음)
    비탄성산란: 입사 에너지가 핵의 첫 번째 여기상태 에너지보다 커야 발생함 (옳음)
    방사포획 단면적: 저에너지 영역에서 $1/\sqrt{E}$에 비례함 (옳음)
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13. 핵융합 반응에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 가벼운 2개의 원자핵을 결합해 적어도 1개는 반응 전 원자핵보다 무거운 원자핵을 생성시키는 반응이다.
  2. 대표적인 예로 D+T→α+n 반응이 있다.
  3. 태양에서는 H+H→D+e+반응이 일어난다.
  4. D+D→T+p반응 전후의 결합에너지 차이는 삼중수소와 수소원자핵의 위치에너지 합과 같다.
(정답률: 71%)
  • 핵융합 반응 시 발생하는 에너지는 반응 전후의 질량 결손에 의한 에너지 차이(결합에너지 차이)로 나타나며, 이는 생성된 입자들의 운동에너지 합으로 방출됩니다. 따라서 결합에너지 차이가 위치에너지 합과 같다는 설명은 물리적으로 틀린 내용입니다.
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14. 0.0253eV의 중성자가 235U와 충돌하여 일어나는 반응은 탄성산란, 방사포획 및 핵분열 반응이며, 이들에 대한 미시적 반응단면적은 각각 9b, 99b 및 582b이다. 이 중성자가 235U에 흡수될 때, 핵분열이 발생할 상대 확률(%)은 얼마인가?

  1. 84.3%
  2. 85.5%
  3. 86.8%
  4. 98.4%
(정답률: 30%)
  • 중성자가 원자핵에 흡수될 때 특정 반응이 일어날 확률은 전체 흡수 단면적에 대한 해당 반응 단면적의 비율로 계산합니다. 여기서 흡수 단면적은 방사포획 단면적과 핵분열 단면적의 합입니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{\sigma_{f}}{\sigma_{\gamma} + \sigma_{f}} \times 100$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{582}{99 + 582} \times 100$
    ③ [최종 결과] $P = 85.5$
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15. 어떤 고속증식로의 노심이 239Pu와 238U의 혼합 핵연료로 구성되어 있다. 이 원자로를 전출력으로 운전할 때 지수 배가시간(Exponential doubling time)은 얼마인가? 단, 239Pu의 초기 장전량은 500kg, 전출력 운전시 239Pu의 소모량은 1kg/day, 증식이득(Breeding gain)은 0.15이다.

  1. 0.2년
  2. 1.4년
  3. 6.3년
  4. 9.1년
(정답률: 13%)
  • 지수 배가시간은 증식되는 핵연료의 양이 초기 장전량의 2배가 되는 시간을 의미하며, 증식이득과 소모량을 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $T_d = \frac{\ln 2 \times M_0}{G \times R}$ (여기서 $M_0$는 초기 장전량, $G$는 증식이득, $R$은 일일 소모량)
    ② [숫자 대입] $T_d = \frac{0.693 \times 500}{0.15 \times 1}$
    ③ [최종 결과] $T_d = 2310 \text{ days} \approx 6.3 \text{ years}$
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16. 무한증배계수(k∞)를 구성하는 4인자에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 속핵분열 인자(ε)는 열중성자 핵분열에서 생성되는 증성자수에 대한 전체 핵분열에서 생성되는 중성자수의 비로 나타낸다.
  2. 일정량의 중성자는 열에너지 영역에 도달하기 전에 공명영역에서 흡수되며, 공명흡수 확률(p)로 표시한다.
  3. 열중성자이용률(f)은 전체 흡수반응률에 대한 핵연료에서의 흡수반응률로 정의된다.
  4. 핵연료에 흡수되는 열중성자 1개 당 생성되는 핵분열 중성자의 평균수를 재생계수(η)로 표시한다.
(정답률: 70%)
  • 공명탈출 확률 $p$는 중성자가 감속 과정에서 공명 영역의 흡수 반응에 포획되지 않고 무사히 열에너지 영역까지 도달할 확률을 의미합니다. 즉, 공명흡수 확률이 아니라 공명영역을 '탈출'할 확률로 정의해야 정확합니다.
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17. Fick’s law(J=-D∇Φ)에 대한 설명 중 틀린 것은? 단, J:중성자류, D:확산계수, Φ: 중성자속

  1. 기체 확산과 유사하게 중성자 확산을 설명하기 위해 사용한다.
  2. 감속재 영역에 적용하면 큰 오차가 발생한다.
  3. 원자로 내의 중성자 흐름은 용액 내의 용질과 유사하게 거동한다.
  4. 중성자류의 크기는 중성자속의 차이에 비례한다.
(정답률: 67%)
  • Fick의 법칙은 중성자가 감속재와 같은 매질 내에서 산란을 통해 확산되는 현상을 설명하는 기본 원리입니다. 따라서 감속재 영역에서 중성자의 거동을 분석할 때 매우 유용하게 적용되며, 큰 오차가 발생한다는 설명은 틀린 것입니다.
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18. 고속로에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 감속재가 필요 없고, 증식(Breeding)이 용이하다.
  2. 높은 중성자에너지 영역에서는 공명흡수 구간이 서로 중첩되어 구분하기 어렵다.
  3. 공명영역에서 흡수반응률은 중성자 스펙트럼 Φ(E)에 의존한다.
  4. 안전한 운전을 위해 도플러계수(αprompt)를 양(+)이 되도록 해야 한다.
(정답률: 75%)
  • 원자로의 안전성을 확보하기 위해서는 온도가 상승했을 때 반응도가 감소하여 출력을 스스로 억제하는 음(-)의 피드백이 작동해야 합니다. 따라서 도플러 계수 $\alpha_{prompt}$는 음의 값을 가져야 하며, 양(+)의 값을 가지면 온도가 오를수록 반응도가 증가하여 출력이 폭주하는 불안정한 상태가 됩니다.
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19. 다음 식은 원자핵의 결합에너지에 대한 Wiezsäcker의 반경험적 질량 공식(액적모델 또는 Liquid drop model)을 나타낸다. 이 공식에 따르면 주로 질량수가 작은 핵종들에 대해 핵자 당 결합에너지의 오차가 발생하는데, 이러한 오차를 발생시키는 데 가장 큰 영향을 주는 것은 어느 항과 관려이 있는가?

  1. (가) 부피(Volume) 항
  2. (나) 표면(Surface) 항
  3. (다) 쿨롱(Coulomb) 항
  4. (라) 대칭(Symmetry) 항
(정답률: 59%)
  • 액적모델의 질량 공식에서 표면 항은 핵의 표면에 위치한 핵자들이 내부 핵자들보다 적은 수의 인접 핵자와 결합하여 결합 에너지가 감소하는 효과를 나타냅니다. 질량수 $A$가 작은 핵종일수록 전체 핵자 수 대비 표면에 노출된 핵자의 비율이 상대적으로 매우 크기 때문에, 표면 항에 의한 오차가 가장 지배적으로 발생하게 됩니다.
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20. 중수로에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 중수를 냉각재와 감속재로 사용하는 열증성자로이다.
  2. 정상운전 시 노심에서의 비등을 허용하지 않는다.
  3. 중수는 열중성자 흡수단면적이 매우 작아서 핵연료로 천연우라늄을 사용해도 임계에 도달할 수 있다.
  4. 잉여반응도가 작아 가동 중 신연료 장전을 수행한다.
(정답률: 77%)
  • 중수로는 냉각재의 비등(Boiling)을 허용하는 비등수형(BWR)과 달리, 가압경수로와 유사하게 높은 압력을 유지하여 정상 운전 시 노심 내에서 냉각재가 끓지 않도록 설계된 가압형 구조를 가집니다. 하지만 중수로의 특성상 냉각재의 비등을 허용하지 않는다는 설명은 일반적인 중수로의 운전 특성(압력관형 중수로 기준)과 맞지 않는 오답 구성입니다.
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2과목: 핵재료공학 및 핵연료관리

21. 가압경수로의 핵연료주기 공정에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 정련변환: 우라늄 정광(Yellow cake) 생산
  2. 농축: 농축 UF6제로
  3. 재변환: UO2 분말 제조
  4. 성형가공: 핵연료 집합체 제조
(정답률: 69%)
  • 정련변환 공정은 우라늄 정광(Yellow cake)을 원료로 하여 화학적 정제를 통해 순수한 $UF_6$가스를 생산하는 과정입니다. 우라늄 정광 생산은 정련변환 이전 단계인 채광 및 정광 공정에서 이루어집니다.
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22. 열중성자(Thermal neutron)를 흡수하였을 때 핵분열을 일으키는 물질(Fissile material)이 아닌 것은?

  1. 232Th
  2. 233U
  3. 235U
  4. 239Pu
(정답률: 44%)
  • 열중성자를 흡수하여 즉시 핵분열을 일으키는 물질을 핵분열성 물질(Fissile material)이라고 합니다. $^{232}Th$는 열중성자를 흡수하여 $^{233}U$로 변환된 후에야 핵분열이 가능한 핵분열 가능 물질(Fertile material)입니다.
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23. 일반적인 핵연료 재료에 요구되는 성질이 아닌 것은?

  1. 핵분열성물질의 원자밀도가 높아야 한다.
  2. 융점은 높고 변태점은 낮아야 한다.
  3. 고온에서 화학적으로 안정되어야 한다.
  4. 열전도율이 좋고 방사선 손상이 적어야 한다.
(정답률: 68%)
  • 핵연료는 고온의 가혹한 환경에서 견뎌야 하므로 융점이 높아야 하며, 상변화로 인한 부피 변화나 구조적 불안정성을 막기 위해 변태점이 없거나 매우 높아야 합니다. 따라서 융점은 높고 변태점은 낮아야 한다는 설명은 틀린 것입니다.
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24. 핵연료 임계도에 영향을 미치는 고유 매개변수에 해당하는 것은?

  1. 중성자 감속작용
  2. 질량
  3. 기하학적 구조
  4. 핵물질의 분포
(정답률: 41%)
  • 임계도에 영향을 주는 매개변수 중 고유 매개변수는 물질의 물리적 성질과 관련된 요소입니다. 핵물질의 분포는 물질의 밀도나 조성과 같이 물질 자체가 가진 고유한 특성에 해당합니다.

    오답 노트
    중성자 감속작용: 외부 환경/매질 영향
    질량: 외형적 규모
    기하학적 구조: 배치 형태
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25. 우라늄 농축공장에서 1MTU의 농축우라늄(235U의 질량비 4.8%)을 생산하기 위해 필요한 천연우라늄의 질량은?

  1. 6.6MTU
  2. 6.9MTU
  3. 9.2MTU
  4. 24MTU
(정답률: 21%)
  • 천연우라늄에서 특정 농축도의 우라늄을 얻기 위해 필요한 원료의 양은 물질 수지 식을 통해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $M_{nat} = M_{prod} \times \frac{x_{prod} - x_{tail}}{x_{nat} - x_{tail}}$
    ② [숫자 대입] (천연우라늄 농도 $x_{nat} = 0.711\%$, 꼬리물 농도 $x_{tail} = 0.2\%$가정 시) $$M_{nat} = 1 \times \frac{4.8 - 0.2}{0.711 - 0.2}$$
    ③ [최종 결과] $M_{nat} = 9.2$
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26. 가압경수로 운전 중 핵연료 건전성 진단방법 중 틀린 것은?

  1. 지발(Delayed) 중성자 검출
  2. 옥소(Iodine) 방사능 분석
  3. 세슘(Cs) 방사능 분석
  4. 초음파 탐상검사
(정답률: 79%)
  • 핵연료 건전성 진단은 주로 냉각재 내로 유출된 방사성 물질을 분석하는 온라인 모니터링 방식을 사용합니다. 초음파 탐상검사는 배관이나 부품의 물리적 결함을 찾는 비파괴 검사법으로, 운전 중 실시간으로 핵연료의 건전성을 진단하는 방법으로는 적절하지 않습니다.
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27. 원자로 냉각재 삼중수소(3H)에 대한 장해 대책 중 틀린 것은?

  1. 핵연료 피복재로 지르칼로이(Zircaloy) 사용
  2. PH 제어재 수산화리튬(LiOH) 중 6Li향량 최대화
  3. 삼중수소가 함유된 물이나 공기의 방출 억제
  4. 삼중수소 구역 출입 시 공기-호스 마스크 착용
(정답률: 76%)
  • 삼중수소($^{3}H$)는 리튬-6($^{6}Li$)이 중성자를 흡수할 때 생성됩니다. 따라서 삼중수소 생성을 억제하기 위해서는 PH 제어재인 수산화리튬($LiOH$) 중 $^{6}Li$ 함량을 최소화하고 $^{7}Li$ 함량을 높여야 합니다.
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28. 원자로냉각재가 갖추어야 할 조건으로 옳지 않은 것은?

  1. 낮은 중성자 흡수 단면적
  2. 낮은 유도 방사능
  3. 높은 용융온도
  4. 높은 비등점
(정답률: 57%)
  • 원자로 냉각재는 중성자를 흡수하지 않아야 하며, 방사화가 적고, 끓는점이 높아 운전 온도 범위에서 액체 상태를 유지해야 합니다. 하지만 용융온도는 고체 상태의 녹는점을 의미하므로, 액체 상태로 순환하는 냉각재가 갖추어야 할 필수 조건과는 거리가 멉니다.
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29. 가압경수로형 원전 핵연료의 핵분열 과정에서 발생하는 핵분열 생성물 중 손상핵연료의 연소도 예측에 이용되는 핵종은?

  1. 58Co, 60Co
  2. 87Kr, 88Kr
  3. 131I, 133I
  4. 134Cs, 137Cs
(정답률: 69%)
  • 손상핵연료의 연소도 예측에는 핵분열 수율이 연소도에 따라 변하는 핵종의 비율을 이용합니다. 특히 $^{134}\text{Cs}$는 연소도에 비례하여 생성되는 반면, $^{137}\text{Cs}$는 연소도에 관계없이 일정하게 생성되므로 두 핵종의 비율($^{134}\text{Cs}/^{137}\text{Cs}$)을 통해 연소도를 정밀하게 예측할 수 있습니다.
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30. 가압경수로형 원자력발전소에서 발생하는 부식반응에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 1차계통 냉각재에서는 부식반응을 통해 Fe3O4가 생선된다.
  2. 2차계통 냉각재에서는 부식반응을 통해 Fe2O3가 생선된다.
  3. 고온부식에서는 중간생선물인 Fe(OH)2는 용해도가 높아 후속 부식반응을 촉진한다.
  4. 저온부식에서는 중간생선물인 Fe(OH)3로부터 Fe2O3가 생선된다.
(정답률: 46%)
  • 고온부식 과정에서 생성되는 중간생성물인 $\text{Fe(OH)}_2$는 용해도가 낮아 표면에 침전되며, 이는 오히려 보호막을 형성하여 후속 부식반응을 억제하는 역할을 합니다.

    오답 노트
    1차계통 냉각재 $\text{Fe}_3\text{O}_4$ 생성: 옳은 설명
    2차계통 냉각재 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 생성: 옳은 설명
    저온부식 $\text{Fe(OH)}_3$로부터 $\text{Fe}_2\text{O}_3$ 생성: 옳은 설명
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31. 원자력발전소의 설계 및 운전 인자 중 사용후핵연료의 연간 발생량과 반비례하는 인자만을 묶은 것은?

  1. 열효율-이용률
  2. 전기출력-연소도
  3. 이용률-열효율
  4. 열효율-연소도
(정답률: 69%)
  • 사용후핵연료 발생량은 단위 전기출력당 필요한 열에너지에 비례하고, 연료의 연소도가 높을수록 또는 발전소의 열효율이 높을수록 동일 전력 생산 대비 연료 소모량이 줄어듭니다. 따라서 열효율과 연소도가 증가할수록 사용후핵연료 발생량은 감소하는 반비례 관계를 가집니다.
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32. 원자력발전소 불활성기체(Kr, Xe 등)의 환경 배출량을 저감하기 위하여 사용할 수 있는 공정만 나열한 것은?

  1. 고효율입자여과기, 활성탄 여과기
  2. 고효율입자여과기, 활성탄 지연대
  3. 기체감쇠탱크, 활성탄 여과기
  4. 기체감쇠탱크, 활성탄 지연대
(정답률: 65%)
  • 불활성기체(Kr, Xe)는 화학적으로 반응하지 않아 필터로 제거할 수 없으며, 반감기가 짧은 특성을 이용하여 물리적으로 가두어 두었다가 붕괴시키는 방법이 필요합니다. 따라서 기체감쇠탱크와 활성탄 지연대를 사용하여 배출량을 저감합니다.

    오답 노트
    고효율입자여과기: 입자성 물질 제거용
    활성탄 여과기: 요오드 등 반응성 기체 제거용
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33. 중수로 DUPIC(Direct Use of spent PWR fuel In CANDU reactor) 핵연료에 대한 설명 중 틀린 것은?

  1. 가압경수로의 사용후핵연료를 직접 중수로 연료료 사용한다.
  2. 플루토늄(Pu) 또는 우라늄(U) 분리 공정이 필요하다.
  3. CANDU에 재사용이 충분한 핵분열성 물질을 함유하였다.
  4. 고연소도 중수로용 핵연료로 이용이 가능하다.
(정답률: 75%)
  • DUPIC 연료 사이클의 핵심은 가압경수로(PWR)의 사용후핵연료를 화학적 재처리 과정 없이 그대로 중수로(CANDU)의 연료로 사용하는 것입니다. 따라서 플루토늄(Pu)이나 우라늄(U)을 분리하는 재처리 공정이 필요 없다는 것이 이 기술의 최대 장점입니다.
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34. 가압경수로형 원자로에서 인출된 사용후핵연료 붕괴열에 대한 방출특성을 설명한 것으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 인출 직후의 붕괴열은 초기 약 10년 동안 1/100 미만으로 감소한다.
  2. 약 80년까지 핵분열 생성물의 붕괴열이 대부분을 차지한다.
  3. 약 80년까지 붕괴열은 주로 방사성 세슘, 바륨, 스트톤튬 및 이트륨의 방사성 붕괴에 기인한다.
  4. 인출 후 약 100년 이후에는 반감기가 긴 99Tc 및 129I의 붕괴열이 대부분을 차지한다.
(정답률: 63%)
  • 사용후핵연료 인출 후 약 100년이 지난 시점에서는 반감기가 매우 긴 핵종들이 남게 되지만, 붕괴열의 주된 기여분은 $99\text{Tc}$나 $129\text{I}$보다는 반감기가 상대적으로 더 짧은 액티나이드 계열 핵종들이 차지합니다. $99\text{Tc}$와 $129\text{I}$는 반감기가 매우 길어 방사능 농도는 유지되나 붕괴열 기여도는 매우 낮습니다.
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35. 사용후핵연료 중간저장시설의 핵임계 안전성에 관한 설명으로 틀린 것은?

  1. 사용후핵연료의 초기농축도가 다양한 경우, 농축도의 다양성을 모델링하지 않고 최대 농축도를 적용하여 핵임계 안정성을 평가할 수 있다.
  2. 핵임계 안전성을 평가할 때, 핵연료 관련 데이터의 불확도를 고려하여야 한다.
  3. 고정식 중성자흡수체 또는 연소도이득을 우선 적용하여 미임계를 유지하고, 부족할 때 기하하적 배열 및 배치를 추가적으로 고려할 수 있다.
  4. 동시에 저장, 취급 및 운반될 수 있는 사용후핵연료 최대 수량을 가정하여 핵임계 안전성을 평가한다.
(정답률: 60%)
  • 핵임계 안전성 평가 시에는 가장 보수적인 관점에서 기하학적 배열 및 배치를 최우선적으로 고려하여 미임계를 유지해야 하며, 이후 보조적으로 고정식 중성자흡수체나 연소도 이득을 적용하는 것이 원칙입니다. 따라서 순서를 반대로 설명한 내용은 틀렸습니다.
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36. 가압경수로형 원자로 일차냉각재의 방사화학적 운전제한조건의 하나로 관리되는 (Average energy per disintegration)에 대한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?

  1. 알파 핵종은 고려하지 않는다.
  2. 16N(반감기 7.13초)은 고려하지 않는다.
  3. 131I(반감기 8.02일)은 고려한다.
  4. 133Xe(반감기 5.24일)은 고려한다.
(정답률: 43%)
  • 평균 붕괴 에너지 $\bar{E}$는 일차냉각재의 방사화학적 운전제한조건을 관리하기 위한 지표로, 주로 반감기가 짧은 핵종이나 특정 에너지 영역의 핵종을 관리합니다. $131\text{I}$는 반감기가 약 8일로 비교적 길며, 일반적인 $\bar{E}$ 관리 대상에서 제외되거나 다른 방식으로 관리되므로 고려한다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    알파 핵종 및 $16\text{N}$ : $\bar{E}$ 계산 시 고려하지 않는 항목이 맞습니다.
    $133\text{Xe}$ : 관리 대상에 포함되는 핵종입니다.
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37. 방사성 세슘(Cs)이 함유된 액체 방사성폐기물을 혼상이온교환수지(세슘 제염계수2)로 처리한 후 다시 양이온교환수지(세숨 제염계수 10)으로 처리할 경우, 해당 처리계통의 제염계수 및 제거효율(%)을 바르게 나열한 것은?

  1. 12, 80%
  2. 12, 95%
  3. 20, 80%
  4. 20, 95%
(정답률: 54%)
  • 여러 단계의 제염 과정을 거칠 때 전체 제염계수는 각 단계 제염계수의 곱으로 계산하며, 제거효율은 전체 제염계수를 이용하여 산출합니다.
    ① [기본 공식]
    $$DF_{total} = DF_1 \times DF_2$$
    $$Efficiency = (1 - \frac{1}{DF_{total}}) \times 100$$
    ② [숫자 대입]
    $$DF_{total} = 2 \times 10$$
    $$Efficiency = (1 - \frac{1}{20}) \times 100$$
    ③ [최종 결과]
    $$DF_{total} = 20$$
    $$Efficiency = 95\%$$
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38. 방사성폐기물 처리의 기본 원칙 중 틀린 것은?

  1. 연소 및 방출
  2. 농축 및 저장
  3. 희석 및 분산
  4. 지연 및 붕괴
(정답률: 79%)
  • 방사성폐기물 처리의 기본 원칙은 농축 및 저장, 희석 및 분산, 지연 및 붕괴를 통해 환경 영향을 최소화하는 것입니다. 연소 및 방출은 방사성 물질을 단순히 태워 외부로 내보내는 것으로, 환경 오염을 유발하므로 처리 원칙에 어긋납니다.
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39. 액체 방사성폐기물의 처리 방법으로 가장 적합한 것은?

  1. 압축처리
  2. 원심분리법
  3. 해체처리
  4. 유리화
(정답률: 66%)
  • 액체 방사성폐기물 처리는 부피를 줄이거나 방사성 물질을 분리하는 것이 핵심이며, 원심분리법은 밀도 차이를 이용하여 액체 내의 부유 물질이나 입자 형태의 방사성 핵종을 효과적으로 제거할 수 있는 적합한 방법입니다.

    오답 노트
    압축처리: 고체 폐기물에 적용합니다.
    해체처리: 시설이나 대형 구조물에 적용합니다.
    유리화: 고준위 액체 폐기물을 고체화하는 최종 처분 단계입니다.
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40. 원자력발전소에서 발생한 기체 폐기물(133Xe)의 농도를 1/100로 줄이기 위해 필요한 지연 기간은 얼마인가? 단, 133Xe의 반감기는 5.27일이다.

  1. 25.4일
  2. 35.4일
  3. 40.4일
  4. 50.4일
(정답률: 47%)
  • 방사성 핵종의 농도가 일정 비율로 감소하는 지연 시간을 구하기 위해 방사성 붕괴 공식의 로그 형태를 사용합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{T_{1/2} \times \ln(N_0 / N)}{\ln 2}$
    ② [숫자 대입] $t = \frac{5.27 \times \ln(100)}{0.693}$
    ③ [최종 결과] $t = 35.4$ 일
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3과목: 발전로계통공학

41. 국내 표준형 원전의 노심운전제한치감시계통(COLSS) 및 노심보호용연산기(CPC)에 대한 설명에서 옳은 것은?

  1. COLSS는 핵비등이탈률(Departure from Nucleate Boiling Ratio)을 감시하며 원자로를 직접 정지시키도록 설계되어 있다.
  2. 중성자속 물리량 계측을 위해 COLSS는 노내중성자계측 신호를 이용하며, CPC는 노외중성자계측 신호를 이용한다.
  3. CPC는 2차측 열출력을 계산하여 실시간으로 감시할 수 있도록 운전원에게 제공한다.
  4. 핵비둥이탈 감시를 위하여 COLSS는 제어봉 위치 신호를 활용한다.
(정답률: 63%)
  • COLSS는 노내중성자계측기를 통해 노심 내부의 물리량을 정밀하게 감시하고, CPC는 노외중성자계측기를 통해 원자로의 출력 수준을 감시하여 보호 동작을 수행하는 것이 핵심 원리입니다.

    오답 노트
    핵비등이탈률 감시 및 원자로 직접 정지: COLSS는 감시 계통이며, 직접 정지는 CPC의 역할입니다.
    2차측 열출력 계산: CPC는 주로 1차측 중성자속과 출력 분포를 감시합니다.
    제어봉 위치 신호 활용: 핵비등이탈 감시의 주 신호는 중성자속 및 온도/압력 등 열수력 변수입니다.
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42. 가압경수로(PWR)와 비등경수로(BWR)에 대한 설명에서 옳지 않은 것은?

  1. 원자로정지 신호가 발생되면 PWR은 제어봉이 원자로 하부에서 상부로 삽입되고 BWR은 원자로 상부에서 하부로 자유낙하되도록 설계되어 있다.
  2. BWR은 터빈을 구동시킬 증기를 핵분열이 일어나고 있는 원자로 내부에서 생산한다.
  3. PWR은 정상운전 중 노심 내에서 포화 핵비등(Saturated nucleate boiling)을 허용하지 않는다.
  4. PWR은 격납건물이 있기 때문에 사고 시 방사성 기체를 수용할 공간이 BWR의 강재 격납용기에 비해 훨씬 크다.
(정답률: 80%)
  • 가압경수로(PWR)는 제어봉이 원자로 상부에 위치하여 중력에 의해 하부로 낙하하며 정지되고, 비등경수로(BWR)는 제어봉이 하부에 위치하여 유압 등으로 상부로 삽입되어 정지됩니다.
    따라서 PWR은 상부에서 하부로, BWR은 하부에서 상부로 삽입된다는 설명이 옳지 않습니다.
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43. 원자로냉각계통으로부터 안전주입계통으로 원자로냉각재의 역류를 방지하기 위해 설치되어 있는 기기는?

  1. 오리피스(Orifice)
  2. 벤트리(Venturi)
  3. 피톳튜브(Pitot tube)
  4. 역지밸브(Check valve)
(정답률: 73%)
  • 역지밸브(Check valve)는 유체가 한 방향으로만 흐르게 하고 반대 방향으로 흐르는 역류를 물리적으로 차단하는 기능을 가진 밸브입니다.
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44. 가압경수로의 원자로냉각재계통 압력제어에 사용되지 않는 기기는?

  1. 파일럿구동안전방출밸브(Pilot operated safety relief valve)
  2. 가압기살수밸브(Pressurizer spray valve)
  3. 가압기전열기(Pressurizer heater)
  4. 제어봉집합체(Control element assembly)
(정답률: 74%)
  • 가압기 살수밸브, 가압기 전열기, 파일럿구동안전방출밸브는 모두 가압기(Pressurizer) 내의 압력을 조절하는 기기들입니다.

    오답 노트
    제어봉집합체: 원자로의 반응도를 조절하여 출력과 온도를 제어하는 장치이며, 계통의 압력을 직접 제어하는 기기가 아닙니다.
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45. 원자로냉각재계통 내 자연순환을 형성시키기 위한 조건이 아닌 것은?

  1. 열원 및 열제거원 존재
  2. 시스템 내부 유체의 밀도 차이 존재
  3. 밀폐형 시스템(Closed system)
  4. 열제거원이 열원보다 낮은 곳에 위치
(정답률: 71%)
  • 자연순환은 밀도 차이에 의한 부력으로 발생하며, 뜨거운 유체(열원)는 위로 올라가고 차가운 유체(열제거원)는 아래로 내려가려는 성질을 이용합니다.
    따라서 순환이 형성되려면 열제거원이 열원보다 높은 곳에 위치하여 밀도 차에 의한 대류 흐름이 만들어져야 합니다.
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46. 아래와 같은 형상의 관로에서 유체가 화살표 방향으로 통과할 때 올바른 것은? 단, P는 압력, v는 속도를 의미하며, 밀도는 일정한 것으로 가정한다.

  1. P1 ＞ P2, v1 ＞ v2
  2. P1 ＜ P2, v1 ＞ v2
  3. P1 ＞ P2, v1 ＜ v2
  4. P1 ＜ P2, v1 ＜ v2
(정답률: 58%)
  • 연속 방정식에 의해 관의 단면적이 좁아지면 유속은 증가하고, 베르누이 방정식에 의해 유속이 증가하면 압력은 감소합니다.
    관로의 형상을 보면 $P_1$ 지점보다 $P_2$ 지점의 단면적이 좁으므로, 속도는 $v_1 < v_2$가 되고 압력은 $P_1 > P_2$가 됩니다.
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47. 가압경수로의 원자로냉각재계통에 연결된 부속 계통이 아닌 것은?

  1. 화학 및 체적제어계통(CVCS)
  2. 안전주입계통(SIS)
  3. 정지냉각계통(SCS)
  4. 주급수계통(MFWS)
(정답률: 57%)
  • 원자로냉각재계통(RCS)은 원자로 용기, 가압기, 냉각재 펌프 및 배관으로 구성되며, 이를 지원하기 위해 화학 및 체적제어계통(CVCS), 안전주입계통(SIS), 정지냉각계통(SCS) 등이 연결됩니다. 주급수계통(MFWS)은 2차 계통인 증기발생기로 급수를 공급하는 계통으로, 1차 계통인 원자로냉각재계통에 직접 연결된 부속 계통이 아닙니다.
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48. 가압경수로에서 노심손상을 방지하거나 일반 공중으로의 방사성물질 누출을 최소화하기 위한 안전기능에 해당하지 않는 것은?

  1. 노심 반응도 및 출력제어
  2. 터빈 및 발전기 계통 건전성 유지
  3. 원자로냉각재계통 재고량 유지 및 노심 열제거
  4. 원자로건물 격리 및 건전성 유지
(정답률: 55%)
  • 원자력 발전소의 핵심 안전기능은 '반응도 제어', '노심 냉각(열제거)', '방사성 물질의 가둠(격리)' 세 가지입니다. 터빈 및 발전기 계통은 전력을 생산하는 에너지 변환 계통으로, 발전소의 경제적 운전에는 필수적이지만 노심 손상 방지나 방사성 물질 누출 차단이라는 안전기능과는 직접적인 관련이 없습니다.
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49. 가압경수로의 원자로냉각재계통 누설을 탐지하기 위한 방법이 아닌 것은?

  1. 원자로건물 대기입자 및 기체방사능 준위변화 감시
  2. 원자로냉각재계통 온도변화 감시
  3. 원자로건물 배수조의 수위변화 감시
  4. 원자로냉각재 재고량 변화 감시
(정답률: 47%)
  • 원자로냉각재계통(RCS)의 누설은 냉각재의 양이 줄어들거나, 누설된 냉각재가 외부로 유출되는 현상을 통해 탐지합니다. 따라서 재고량 변화, 배수조 수위 상승, 대기 중 방사능 준위 증가 등을 감시합니다. 반면, 온도변화는 출력 조절이나 운전 상태에 따라 변하는 변수이므로 누설 탐지의 직접적인 지표로 사용되지 않습니다.
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50. 가압경수로의 원자로냉각재계통 건전성을 감시하기 위한 핵증기공급계통 건전성감시계통을 구성하는 하위 계통이 아닌 것은?

  1. 음향누설 감시계통
  2. 수소감시계통
  3. 금속파편 감시계통
  4. 원자로 내부진동 감시계통
(정답률: 72%)
  • 핵증기공급계통 건전성감시계통은 냉각재 누설을 조기에 탐지하기 위해 음향누설 감시계통, 금속파편 감시계통, 원자로 내부진동 감시계통 등으로 구성됩니다. 수소감시계통은 격납건물 내의 수소 농도를 감시하여 폭발 위험을 방지하는 계통으로, 냉각재계통의 건전성 감시와는 목적이 다릅니다.
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51. 정상상태(Steady state)에서 원자로의 무한히 긴 원통형 핵연료에서 나타나는 반지름 방향의 전도 열전달에 대하여 바르게 설명한 것은?

  1. 열전달률은 핵연료 직경(a)과 피복재 두께(b)의 비(b/a)가 클수록 감소한다.
  2. 열전달률은 핵연료의 길이에 반비례한다.
  3. 열전달률은 핵연료와 피복재 표면의 온도 차이가 작을수록 크다.
  4. 열전달률은 피복재의 열전도계수에 반비례한다.
(정답률: 57%)
  • 원통형 핵연료의 반지름 방향 전도 열전달률 $q$는 $\frac{2\pi k L (T_1 - T_2)}{\ln(b/a)}$에 비례합니다. 여기서 $b$는 피복재 외경, $a$는 핵연료 반지름입니다.
    분모의 $\ln(b/a)$ 값이 커질수록(즉, 피복재 두께가 두꺼워져 $b/a$ 비가 커질수록) 전체 열전달률은 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    핵연료의 길이에 반비례한다: 길이에 비례함
    온도 차이가 작을수록 크다: 온도 차이가 클수록 큼
    피복재의 열전도계수에 반비례한다: 열전도계수에 비례함
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52. 다음 자료를 활용하여 계산한 노심 평균열속(Average heat flux)은 얼마인가?

  1. 3.33W/m2
  2. 5.00W/m2
  3. 6.00W/m2
  4. 7.50W/m2
(정답률: 62%)
  • 노심 평균열속은 임계열속(CHF)을 핵비등이탈률(DNBR)과 고온 열수로계수(HCF)의 곱으로 나누어 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $q_{avg} = \frac{CHF}{DNBR \times HCF}$
    ② [숫자 대입] $q_{avg} = \frac{30}{2.0 \times 3.0}$
    ③ [최종 결과] $q_{avg} = 5.00 \text{ W/m}^2$
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53. 가압경수형 원자력발전소를 다음과 같은 조건에서 이상적인 랭킨사이클로 운전할 때 2차계통의 열효율은 얼마인가?

  1. 27.51%
  2. 31.45%
  3. 35.17%
  4. 64.48%
(정답률: 25%)
  • 열효율 $\eta$는 공급된 총 열량 대비 외부로 한 일의 비율입니다. 1차계통에서 원자로가 공급한 열량($\text{Q}_{in}$)과 복수기에서 방출한 열량($\text{Q}_{out}$)을 통해 계산합니다.
    $\text{Q}_{in} = 18,500 \times 6.1 \times (314 - 294) = 2,257,000 \text{ kJ/s}$
    $\text{Q}_{out} = 25,700 \times 4.3 \times (30 - 16) = 1,547,140 \text{ kJ/s}$
    ① [기본 공식] $\eta = \frac{\text{Q}_{in} - \text{Q}_{out}}{\text{Q}_{in}}$
    ② [숫자 대입] $\eta = \frac{2,257,000 - 1,547,140}{2,257,000}$
    ③ [최종 결과] $\eta = 0.3145 (31.45\%) $
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54. 지름이 3cm인 원형관에서 50℃의 물이 흐르고 있다. 물의 평균 속도가 0.2m/s일 때 레이놀즈수(Re)는? 단, 물의 밀도(ρ)는 0.98573g/cm3, 점성계수(μ)는 10-3Nㆍs/m2이다.

  1. 5,894
  2. 5,914
  3. 5,934
  4. 5,954
(정답률: 46%)
  • 레이놀즈수는 유체의 관성력과 점성력의 비를 나타내는 무차원 수로, 관 지름, 평균 속도, 밀도, 점성계수를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Re = \frac{\rho v D}{\mu}$
    ② [숫자 대입] $Re = \frac{985.73 \times 0.2 \times 0.03}{10^{-3}}$
    ③ [최종 결과] $Re = 5,914$
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55. 정상상태의 비회전 비압축성 유체가 유동 마찰계수와 단면적이 각각 f, A 및 2f, A/4인 두 원형관 속에서 동일한 유량으로 흐르고 있을 때 두 유체의 단위 길이 당 마찰 압력 손실의 비는?

  1. 1:4
  2. 1:16
  3. 1:64
  4. 1:128
(정답률: 42%)
  • 단위 길이당 마찰 압력 손실 $\Delta P$는 마찰계수 $f$, 유속 $v$, 관 지름 $D$에 비례합니다. 유량 $Q = vA$가 일정하므로 유속 $v$는 단면적 $A$에 반비례하며, 원형관에서 $D$는 $\sqrt{A}$에 비례합니다.
    압력 손실 공식 $\Delta P = f \frac{L}{D} \frac{\rho v^2}{2}$에서 $L=1$일 때, $\Delta P \propto f \cdot A^{-1/2} \cdot (Q/A)^2 = f \cdot Q^2 \cdot A^{-2.5}$ 관계가 성립합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{\Delta P_2}{\Delta P_1} = \frac{f_2}{f_1} \times (\frac{A_1}{A_2})^{2.5}$
    ② [숫자 대입] $\frac{\Delta P_2}{\Delta P_1} = \frac{2f}{f} \times (\frac{A}{A/4})^{2.5} = 2 \times 4^{2.5} = 2 \times 32 = 64$
    ③ [최종 결과] $1:64$
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56. 원자력 발전소 사고 시 원자로와 유출 가능성이 있는 방사능으로부터 공중을 보호하기 위한 공학적 안전설비의 기능으로 알맞은 것은?

  1. 핵연료 피복재의 용융을 방지한다.
  2. 원자로의 격납용기 내의 대기를 최대 온도 및 압력으로 유지한다.
  3. 핵분열생성물 중 방사성요드 농도를 저감한다.
  4. 비정이 짧은 방사성 핵종이 원활하게 외부로 방출되도록 한다.
(정답률: 47%)
  • 공학적 안전설비의 최우선 목적은 방사성 물질의 외부 유출을 막는 것이며, 이를 위해 가장 기본적으로 핵연료 피복재의 용융을 방지하여 방사성 물질이 냉각재로 유출되는 것을 차단해야 합니다.

    오답 노트
    격납용기 대기: 온도와 압력을 낮게 유지해야 함
    방사성요드: 저감은 필터 등의 기능이며 전체 안전설비의 핵심 기능은 피복재 보호임
    방사성 핵종 방출: 외부 방출을 억제하는 것이 목적임
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57. 열출력 3,000MW인 가압경수형 원자로에서 냉각수가 원자로 입구에서 284℃의 온도와 60×106kg/hr의 유량률로 흘러 들어가서 출구로 나올 때 단위 질량 당 엔탈피 증가량으로 알맞은 것은?

  1. 5×10 J/kg
  2. 5×102 J/kg
  3. 1.8×104 J/kg
  4. 1.8×105 J/kg
(정답률: 29%)
  • 열출력은 질량 유량과 단위 질량당 엔탈피 증가량의 곱으로 나타낼 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $Q = \dot{m} \times \Delta h$
    ② [숫자 대입] $3,000 \times 10^6 = \frac{60 \times 10^6}{3600} \times \Delta h$
    ③ [최종 결과] $\Delta h = 1.8 \times 10^5$
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58. 가압경수형 원자로 1차 계통에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 원자로냉각재계통은 정상운전 중 과냉각상태에서 운전되며, 이러한 과냉각상태는 증기발생기의 금수예열기에 의해 유지된다.
  2. 원자로냉각재펌프는 원자로냉각재계통에 강제순환유량을 제공하고 발전소 기동 중에는 원자로냉각재계통을 가열시킨다.
  3. 원자로압력용기는 방사선의 영향과 고온고압 상태에서 견디도록 설계되며 핵연료 집합체, 제어봉 집합체 및 내부구조물을 내장한다.
  4. 원자로냉각재계통은 원자로 노심에서 발생하는 열을 증기발생기를 통하여 이차계통으로 전달하는 역할을 한다.
(정답률: 67%)
  • 원자로냉각재계통의 과냉각 상태는 증기발생기의 금수예열기가 아니라, 냉각재의 온도와 압력을 조절하는 가압기(Pressurizer) 등에 의해 유지됩니다.

    오답 노트
    원자로냉각재펌프: 강제순환 및 가열 기능 수행함
    원자로압력용기: 고온고압 견디며 내부 구조물 내장함
    원자로냉각재계통: 노심 열을 이차계통으로 전달함
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59. 전기 출력 1,000MWe의 경수형 원자력발전소의 1년(365일) 동안 발전량이 250,000 MWd이었으며 60일의 정비(Overhaul) 기간과 30일의 연료 재장전 기간 동안 정지하였다. 이 발전소의 연간 이용률(Capacity factor)과 가동률(Availability)은?

  1. 이용률: 68.5%, 가동률: 75.3%
  2. 이용률: 68.5%, 가동률: 83.6%
  3. 이용률: 75.3%, 가동률: 68.5%
  4. 이용률: 83.6%, 가동률: 68.5%
(정답률: 40%)
  • 이용률은 실제 발전량을 최대 가능 발전량으로 나눈 값이며, 가동률은 실제 가동 시간을 전체 기간으로 나눈 값입니다.
    이용률 계산:
    ① [기본 공식] $CF = \frac{\text{실제 발전량}}{\text{설비용량} \times \text{기간}}$
    ② [숫자 대입] $CF = \frac{250,000}{1,000 \times 365} \times 100$
    ③ [최종 결과] $CF = 68.5\%$
    가동률 계산:
    ① [기본 공식] $AF = \frac{\text{전체 기간} - \text{정지 기간}}{\text{전체 기간}}$
    ② [숫자 대입] $AF = \frac{365 - (60 + 30)}{365} \times 100$
    ③ [최종 결과] $AF = 75.3\%$
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60. 원자로 풀비등(Pool boiling) 열전달에 대한 설명으로 맞는 것은?

  1. 관내부로 흐르는 물이 관표면으로부터 가열될 때 나타난다.
  2. 핵비등 영역에서는 처음 핵비등이 시작될 때는 기포가 전체에 걸쳐 분포하다가 핵비등이 지속될수록 응축되어 기포는 가열면 근처에만 존재한다.
  3. 핵비등 영역에서 열유속을 더욱 증가시키면 가열면에서 발생한 기포들에 의하여 형성된 증기막이 가열면을 덮으면서 막비등(Film boiling)으로 변하고 가열면의 온도는 급격히 상승한다.
  4. 핵비등으로부터의 이탈 현상이 일어나는 임계열유속 이하의 핵비등에서는 열유속이 작을수록 열전달이 효율적이므로 정확한 임계열유속의 예측이 매우 중요하다.
(정답률: 59%)
  • 핵비등 영역에서 열유속이 계속 증가하여 임계열유속(CHF)에 도달하면, 가열면 전체가 증기막으로 덮이는 막비등(Film boiling) 상태로 전이됩니다. 증기는 액체보다 열전도도가 매우 낮기 때문에 가열면의 온도가 급격히 상승하게 됩니다.
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4과목: 원자로 안전과 운전

61. 다음 중 출력계수에 포함되지 않는 것은?

  1. 감속재 온도계수
  2. 연료 온도계수
  3. 독물질 밀도계수
  4. 기포계수
(정답률: 56%)
  • 출력계수는 원자로의 출력이 변함에 따라 발생하는 반응도 변화를 의미하며, 주로 연료 온도계수, 감속재 온도계수, 기포계수 등이 이에 포함됩니다. 독물질 밀도계수는 출력 변화보다는 밀도 변화에 따른 반응도 변화를 다루므로 출력계수에 포함되지 않습니다.
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62. 중대사고 현상 중 원자로냉각재계통이 감압되지 않고 고압상태로 유지된 상태에서 원자로용기가 파손되면서 고온의 노심용융물이 파편화되어 분출되는 현상은?

  1. 노심용융물-냉각수 반응(Fuel-Coolant Interaction : FCI)
  2. 고압용융물 분출(High Pressure Melt Ejection : HPME)
  3. 격납건물 직접가열(Direct Containment Heating : DCH)
  4. 노심용융물-콘크리트 반응(Molten Core-Concrete Interaction : MCCI)
(정답률: 73%)
  • 원자로냉각재계통이 감압되지 않은 고압 상태에서 원자로 용기가 파손되어 고온의 노심용융물이 파편 형태로 분출되는 현상을 고압용융물 분출(High Pressure Melt Ejection : HPME)이라고 합니다.
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63. 원자로 출력운전 중 불시정지되었다. 이때 149Sm의 농도 변화로 바르게 기술된 것은?

  1. 정지 후 일정 시간 동안 농도 증가 후 유지
  2. 정지 후 일정 시간 동안 농도 증가 후 감소
  3. 정지 후 일정 시간 동안 농도 감소 후 유지
  4. 정지와 관계없이 농도 유지
(정답률: 79%)
  • 원자로 정지 후, $^{149}Pm$이 붕괴하여 $^{149}Sm$이 생성되지만, 중성자 흡수(소멸) 과정은 정지로 인해 사라집니다. 따라서 $^{149}Sm$의 농도는 일정 시간 동안 증가하다가 $^{149}Pm$의 재고가 소진되면 포화 상태로 유지됩니다.
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64. 다음 중 가압경수로형 원자력발전소에 장전되는 잉여반응도(Excess reactivity)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 노심팔기 239Pu 생성에 의한 부(-) 반응도 보상
  2. 원자로 출력증가 과정에서 생기는 부(-) 반응도 보상
  3. 핵분열 생성 독물질의 축적에 의한 부(-) 반응도 보상
  4. 연료 연소에 의한 부(-) 반응도 보상
(정답률: 68%)
  • 잉여반응도는 연료 연소, 독물질 축적, 출력 증가 시 발생하는 부(-) 반응도를 보상하기 위해 초기에 추가로 장전하는 반응도입니다.

    오답 노트
    노심팔기 $^{239}Pu$ 생성: 연료 연소 과정에서 생성되는 $^{239}Pu$는 핵분열 가능 물질로, 오히려 정(+)의 반응도를 제공하여 연료 연소에 의한 반응도 감소를 일부 보상하는 역할을 합니다.
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65. 다음 중 출력운전 중인 원자로의 정지여유도를 확보하기 위한 방법으로 옳은 것은?

  1. 충분한 양의 가연성 독물질봉을 사용한다.
  2. 정지제어봉집합체를 일정한 높이 이상 인출한 상태로 유지한다.
  3. 원자로냉각재 내의 붕산 농도를 높게 유지한다.
  4. 독물질(Xe, Sm)의 발생량이 최대가 되도록 운전한다.
(정답률: 69%)
  • 정지여유도는 원자로를 안전하게 정지시키기 위해 제어봉이 삽입되었을 때 확보되는 반응도 여유분입니다. 이를 위해 정지제어봉집합체를 평상시 일정한 높이 이상 인출해 두어, 비상시 즉각적으로 삽입되어 충분한 음의 반응도를 제공할 수 있도록 관리해야 합니다.
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66. 다음 중 원자력발전소에서 사용하는 과냉각여유도(Sub-Cooling Margin: SCM)에 대한 설명으로 틀린 것은?

  1. 현재압력에서의 포화온도와 현재온도의 차이이다.
  2. 원자로출력이 증가하면 과냉각여유도는 증가한다.
  3. 과냉각여유도가 ‘0’이면 노심 내 비등이 발생된다고 판단할 수 있다.
  4. 가압기 온도와 노심출구, 고온관, 저온관 온도 차이로 볼 수 있다.
(정답률: 74%)
  • 과냉각여유도는 포화온도에서 현재 온도를 뺀 값입니다. 원자로 출력이 증가하면 냉각재의 온도가 상승하게 되므로, 포화온도와의 차이인 과냉각여유도는 오히려 감소하게 됩니다.
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67. 설계기준사고 중 노심에 정반응도가 부가되어 사고 초기 출력이 증가하는 사고는?

  1. 원자로 냉각재 상실사고(LOCA)
  2. 증기발생기 튜브 과열사고(SGTR)
  3. 증기과잉 방출사고(ESDE)
  4. 급수 완전 상실사고(LOAF)
(정답률: 68%)
  • 증기과잉 방출사고(ESDE)는 2차 계통의 증기가 과도하게 방출되어 1차 계통의 온도가 급격히 낮아지고, 이로 인해 냉각재의 밀도가 증가하여 노심에 정반응도가 부가되어 출력이 급증하는 사고입니다.
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68. 일반적인 원자력발전소 원자로보호계통의 신뢰성을 향상하기 위한 설계기준 중 다음 설명에 해당하는 것은?

  1. 다중성(Redundance)
  2. 독립성(Independence)
  3. 다양성(Diversity)
  4. 동시성(Coincidence)
(정답률: 60%)
  • 단일 부품의 고장이나 사고 시에도 기능을 유지하기 위해 동일한 기능을 가진 독립된 여유 계통을 2개 이상 설치하는 설계 원칙은 다중성(Redundance)에 해당합니다.
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69. 다음 중 원자력발전소에서 대형 원자로 냉각재 상실사고(Large LOCA)가 발생하였을 때 핵연료 피복재 온도가 최대치에 도달하는 단계는?

  1. 방출(Blow down)
  2. 재충수(Refill)
  3. 재충전(Reflood)
  4. 장기재순환(Long term recirculation)
(정답률: 62%)
  • 대형 원자로 냉각재 상실사고(Large LOCA) 시, 냉각재가 급격히 빠져나가는 방출 단계와 하부 플레넘에 물이 차오르는 재충수 단계를 거쳐, 냉각수가 노심 상부로 다시 차오르며 열을 제거하는 재충전 단계에서 핵연료 피복재 온도가 정점에 도달한 후 하강하게 됩니다.
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70. 다음 중 공학적 안전설비가 아닌 것은?

  1. 안전주입계통
  2. 터빈보호계통
  3. 격납용기 격리계통
  4. 보조급수계통
(정답률: 76%)
  • 공학적 안전설비(ESF)는 사고 발생 시 원자로를 안전하게 정지시키고 냉각하며 방사성 물질의 유출을 막는 계통을 말합니다. 터빈보호계통은 원자로의 안전보다는 터빈 자체의 기계적 손상을 방지하기 위한 설비이므로 공학적 안전설비에 해당하지 않습니다.
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71. 증기발생기 튜브 파열사고(SGTR) 발생 시 나타나는 증상을 모두 고른 것은?

  1. 가, 나
  2. 나, 다
  3. 가, 나, 다
  4. 가, 나, 라
(정답률: 56%)
  • 증기발생기 튜브 파열(SGTR) 시에는 일차냉각재가 이차측으로 누설되어 다음과 같은 현상이 발생합니다.
    가압기 수위가 낮아지며 가압기 수의 감소가 나타나고, 누설된 냉각재로 인해 손상된 증기발생기 수위 증가가 발생하며, 일차측 열제거 경로가 추가되어 원자로냉각제 과냉각도 감소가 나타납니다.


    오답 노트
    격납건물 고 방사선: SGTR은 일차냉각재가 격납건물이 아닌 증기발생기(이차측)로 누설되므로 격납건물 방사선 수치는 직접적으로 상승하지 않습니다.
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72. 기동율(SUR)이 0.5DPM일 때, 출력이 40%에서 80%로 증가되는데 걸리는 시간은?

  1. 약 0.6분
  2. 약 0.8분
  3. 약 1.1분
  4. 약 1.4분
(정답률: 41%)
  • 기동율(SUR)을 이용하여 출력이 변화하는 데 걸리는 시간은 로그 함수 관계를 이용해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $t = \frac{1}{SUR} \log_{10} \frac{P_2}{P_1}$
    ② [숫자 대입] $t = \frac{1}{0.5} \log_{10} \frac{80}{40}$
    ③ [최종 결과] $t = 0.6$ 분
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73. 중대사고 발생 시 노심손상 중지 및 격납건물의 건전성을 유지하여 핵분열 생성물 소외방출을 최소화하기 위한 중대사고 관리단계에서 원자로용기 외벽냉각 전략을 수행하는 단계는?

  1. 노심손상 방지
  2. 노심손상 완화 및 노심용융물 억류
  3. 격납건물 건전성 유지
  4. 핵분열 소외방출 최소화
(정답률: 43%)
  • 중대사고 관리전략에서 원자로용기 외벽냉각(IVR)은 노심용융물이 원자로 용기 바닥에 머물게 하여 용기 파손을 막고, 결과적으로 격납건물의 건전성을 유지하기 위한 전략입니다. 따라서 이는 노심손상 완화 및 노심용융물 억류 단계에 해당합니다.
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74. 가압경수로형 원자력발전소의 노심손상 완화 측면에서 비상노심냉각계통(ECCS) 설계기준에 대하여 제한치와 목적이 작못 짝지어진 것은?

  1. 연료피복재 표면 최대온도(≤1,204℃) - 피복재와 물의 급속한 반응 방지
  2. 연료 피복재 산화율(피복재 두께의 17% 이하) - 취성파괴 방지, 피복재 건전성 확보
  3. 수소 생성율(노심 내 전체 Zr과 물이 반응하여 생성될 수 있는 H2 가사량의 1% 이내) - 폭발성 기체에 의한 격납용기 건전성 유지
  4. 기하학적 형상유지 – 부가적인 노심손상 방지, 붕괴열 제거
(정답률: 63%)
  • ECCS 설계기준에서 기하학적 형상유지는 냉각재가 노심 내로 원활하게 흐를 수 있도록 통로를 확보하여 붕괴열을 효과적으로 제거하기 위한 목적입니다. 단순히 부가적인 노심손상을 방지하는 것 이상의 냉각 경로 확보라는 핵심 목적이 누락되었거나 잘못 연결되었습니다.
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75. 확률론적 안전성 평가(PSA) 수행 시 2단계 PSA에서 수행하는 것은?

  1. 발전소 계통분석, 사고경위 분석으로 노심손상빈도 계산
  2. 노심손상 정도, 냉각재와의 반응 정도 분석으로 원자로 파손빈도 계산
  3. 원자로건물 반응, 거동 분석으로 방사능방출빈도 계산
  4. 방사성물질의 환경누출에 따른 사고결과 평가 및 위험도 계산
(정답률: 57%)
  • PSA는 단계별로 분석 범위가 확장됩니다. 2단계 PSA는 노심손상 이후의 진행 과정을 분석하여 원자로건물의 반응과 거동을 통해 최종적으로 방사능방출빈도를 계산하는 단계입니다.

    오답 노트
    발전소 계통분석 및 노심손상빈도 계산: 1단계 PSA
    노심손상 정도 및 원자로 파손빈도 계산: 2단계 PSA의 초기 단계(노심손상 후 진행분석)
    환경누출 및 위험도 계산: 3단계 PSA
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76. 계획예방정비(OH)후 발전소 재기동을 위해서는 상온의 원자로냉각재를 무부하 운전온도까지 가열하여야 한다. 원자로냉각재 가열을 위해 사용하는 기기는?

  1. 가압기 전열기
  2. 원자로냉각재펌프
  3. 제어봉
  4. 정지냉각계통
(정답률: 66%)
  • 원자로냉각재펌프(RCP)가 가동되면 펌프 내부의 유체 마찰에 의해 열이 발생하며, 이 열이 냉각재로 전달되어 상온의 냉각재를 무부하 운전온도까지 가열하는 가열원으로 사용됩니다.
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77. 다음 중 후쿠시마 원전사고(2011년) 이후 대두된 후속조치 및 개선 항목이 아닌 것은?

  1. 중대사고 대처설비 및 대응강화
  2. 가동호기 Stress Test 수행
  3. 확률론적 안전성 평가(PSA), 주기적 안전성 평가(PSR) 등 종합감시체계 수립
  4. 다수호기 동시피해에 대한 대응방안 모색
(정답률: 64%)
  • 후쿠시마 사고 이후에는 예상치 못한 극한 상황에 대비한 중대사고 대처설비 강화, 가동호기 Stress Test, 다수호기 동시피해 대응 등 실질적인 물리적 방어 및 대응 체계 구축에 집중하였습니다.

    오답 노트
    확률론적 안전성 평가(PSA) 및 주기적 안전성 평가(PSR) 등 종합감시체계 수립은 후쿠시마 사고 이전부터 안전성 평가를 위해 수행되어 온 일반적인 안전 관리 체계입니다.
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78. 원자로 내 핵연료 장전량이 72 MTU 이고, 80% 출력으로 300일 운전하였을 때 연소도(Core burn up)는 얼마인가? 단, 100% 열출력: 2,825 MWth, GEN 출력: 1,040 MWe

  1. 약 8,825 MWD/MTU
  2. 약 9,018 MWD/MTU
  3. 약 9,237 MWD/MTU
  4. 약 9,417 MWD/MTU
(정답률: 52%)
  • 연소도는 단위 핵연료 질량당 발생한 총 열에너지를 의미하며, 열출력과 운전 시간, 출력률을 곱한 총 에너지를 장전량으로 나누어 계산합니다.
    ① [기본 공식] $B = \frac{P \times CF \times T}{M}$ (B: 연소도, P: 열출력, CF: 출력률, T: 운전시간, M: 장전량)
    ② [숫자 대입] $B = \frac{2825 \times 0.8 \times 300}{72}$
    ③ [최종 결과] $B = 9416.67$
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79. 노심 반응도에 영향을 미치는 것은 여러 인자가 있다. 그 중 수 초 혹은 수 분에 거쳐 노심 반응도에 미치는 것은?

  1. 핵분열생성 독물질(135Xe, 149Sm)의 농도 변화
  2. 가연성 독물질(Burnable poison)의 연소
  3. 플루토늄의 축적
  4. 등온계수(ITC)의 변화
(정답률: 76%)
  • 등온계수(ITC)의 변화는 냉각재 온도 변화에 따라 즉각적 혹은 수 초에서 수 분 내에 반응도에 영향을 미치는 빠른 피드백 기작입니다.

    오답 노트
    핵분열생성 독물질: 수 시간에서 수 일에 걸쳐 변화함
    가연성 독물질 연소: 수개월에서 수년에 걸쳐 서서히 진행됨
    플루토늄 축적: 연소도 증가에 따라 장기간에 걸쳐 발생함
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80. 다음 원자력발전소 안전설비 중 심층방어개념에서 그 목적이 다른 것은?

  1. 원자로격납건물 살수계통
  2. 원잘보호계통
  3. 원자로정지계통
  4. 비상노심냉각계통
(정답률: 40%)
  • 원자로보호계통, 원자로정지계통, 비상노심냉각계통은 사고의 발생을 방지하거나 노심 손상을 막기 위한 '제2, 3방어선'의 성격이 강하지만, 원자로격납건물 살수계통은 이미 발생한 사고로 인해 격납건물 내 압력과 온도가 상승했을 때 이를 낮추어 방사성 물질의 외부 유출을 막는 '최후의 방어선(제4방어선)' 목적을 가집니다.
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5과목: 방사선이용 및 보건물리

81. 다음 중 중성자에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 중성자는 질량이 1.0087u인 소립자이다.
  2. 자유중성자의 평균 수명은 약 15초이다.
  3. 핵 밖에 있는 중성자는 불안정하여 양성자와 전자로 붕괴한다.
  4. 중성자는 전하가 없어 양전하를 띤 책 속에 쉽게 들어갈 수 있다.
(정답률: 63%)
  • 자유중성자는 불안정하여 베타 붕괴를 일으키며, 그 평균 수명은 약 880초(약 14분 40초)입니다.

    오답 노트
    중성자 질량: $1.0087\text{u}$로 적절함
    붕괴 경로: 양성자, 전자, 반중성미자로 붕괴함
    전하 특성: 전하가 없어 전기적 반발 없이 핵 내 진입 가능함
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82. 다음 중 베타붕괴에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 양전자 붕괴 전ㆍ후 궤도 전자의 수는 변하지 않는다.
  2. 베타붕괴 중 양전자 붕괴는 전자포획과 경쟁적으로 일어난다.
  3. 베타 방사선의 연속스펙트럼은 주로 페르미(Fermi) 함수에 따라 결정한다.
  4. 음전자 붕괴 반중성미자를 방출하며, 양전자 붕괴 시는 중성미자를 방출한다.
(정답률: 65%)
  • 양전자 붕괴 시 양성자가 중성자로 변하며 양전자가 방출됩니다. 이때 방출된 양전자가 궤도 전자와 결합하여 소멸하므로, 결과적으로 원자번호와 함께 궤도 전자의 수도 1 감소하게 됩니다.
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83. 다음 중 저지능(Stopping power)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 저지능은 하전입자에 대해서만 정의된 개념이다.
  2. 물질의 저지능은 물질의 원자번호(Z)에 비례한다.
  3. 양성자의 경우 물의 저지능은 약 2MeV 근처에서 최대값을 가진다.
  4. 물에 대한 1MeV 알파입자의 질량저지능은 1MeV 양성자의 질량저지능보다 크다.
(정답률: 52%)
  • 저지능은 하전입자가 물질을 통과할 때 단위 길이당 잃는 에너지를 의미하며, 표적 물질의 원자번호($Z$)에 비례하고 입자의 에너지에 반비례합니다.

    오답 노트
    양성자의 경우 물의 저지능은 약 $2 \text{ MeV}$ 근처에서 최대값을 가진다: 양성자의 저지능 최대값(브래그 피크)은 $2 \text{ MeV}$보다 훨씬 낮은 에너지 영역에서 발생하므로 틀린 설명입니다.
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84. 다음 방사선검출기 중 검출원리가 같은 검출기로 짝지어지지 않은 것은?

  1. 전리함, 반도체검출기
  2. 섬광검출기, OSL 선량계
  3. 반도양자검출기, BF3RJACNFRL
  4. 고체비적검출기, 바이오마커
(정답률: 58%)
  • 검출 원리가 서로 다른 조합을 찾는 문제입니다.

    오답 노트
    전리함, 반도체검출기: 전리 작용 이용
    섬광검출기, OSL 선량계: 빛 방출 이용
    반도양자검출기, $\text{BF}_3$ 검출기: 전하 수집 이용
    고체비적검출기, 바이오마커: 고체비적은 물리적 궤적 기록, 바이오마커는 생물학적 반응을 이용하므로 원리가 다릅니다.
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85. 다중채널분석기(MCA)를 이용하여 22Na를 분석하였을 때 나타나는 에너지 피크 중 에너지가 가장 낮은 것은?

  1. 소멸감마선 피크
  2. 이중이탈피크
  3. 단일이탈피크
  4. 콤프턴단애
(정답률: 30%)
  • $\text{ }^{22}\text{Na}$ 분석 시 발생하는 피크 중, 에너지 손실이 가장 큰 이중이탈피크(Double Escape Peak)가 에너지 스펙트럼 상에서 가장 낮은 에너지 위치에 나타납니다.
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86. 방사선에 의해 야기되는 변화의 양을 나타낼 때 G값(G-value)을 사용하는데, 이것은 흡수된 방사선 에너지 100eV 당 변화의 수로 정의된다. 다음 중 방사선에 의해 생성된 기단 또는 물질 중 G값이 가장 큰 것은?

  1. 수화전자(e-)
  2. 수소유리기(Hㆍ)
  3. H2
  4. H2O2
(정답률: 60%)
  • G값은 방사선 에너지 $100 \text{ eV}$당 생성되는 화학종의 수입니다. 물의 방사선 분해 과정에서 수화전자($e^-$)는 가장 생성 효율이 높아 G값이 가장 큽니다.
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87. 주변 온도가 25℃이고 대기 압력이 755mmHg인 어떤 작업장에서, 자유공기전리함으로 조사선량률을 측정하였더니 10-3C/kgㆍhr였다. 실제 조사선량률은 약 얼마인가?

  1. 1.1×10-3C/kgㆍhr
  2. 9.1×10-3C/kgㆍhr
  3. 9.5×10-3C/kgㆍhr
  4. 1.0×10-2C/kgㆍhr
(정답률: 40%)
  • 자유공기전리함으로 측정한 값은 공기의 밀도 변화를 고려하여 보정해주어야 실제 조사선량률이 됩니다. 온도와 압력 보정 계수를 적용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $X = X_0 \times \frac{273.15 + T}{273.15 + 20} \times \frac{760}{P}$
    ② [숫자 대입] $X = 10^{-3} \times \frac{273.15 + 25}{273.15 + 20} \times \frac{760}{755}$
    ③ [최종 결과] $X = 1.1 \times 10^{-3} \text{ C/kg} \cdot \text{hr}$
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88. GM계수관으로 선원 A를 측정하여 4,800cpm을 얻었으며, 선원 B를 측정하여 3,600cpm을 얻었다. 그리고 선원 A와 B를 함께 놓고 측정하여 8,000cpm을 얻었을 때, GM계수관의 분해시간은 약 얼마인가? (단, 자연계수율은 60cpm이다)

  1. 250μsec
  2. 345μsec
  3. 729μsec
  4. 947μsec
(정답률: 40%)
  • 두 선원을 각각 측정했을 때의 계수율 합과 동시에 측정했을 때의 계수율 차이를 이용하여 분해시간을 계산합니다.
    ① [기본 공식] $\tau = \frac{n_A + n_B - n_{A+B}}{2n_A n_B}$
    ② [숫자 대입] $\tau = \frac{\frac{4800+3600-60}{60} - \frac{8000-60}{60}}{2 \times \frac{4800-60}{60} \times \frac{3600-60}{60}}$
    ③ [최종 결과]- $\tau = 729 \times 10^{-6}$
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89. 불감시간이 120μs이고, 전계수효율이 20%인 GM계수기로 0.25μCi의 32P를 계수할 때 관측계수율은 약 얼마인가?

  1. 1,430cps
  2. 1,514cps
  3. 1,621cps
  4. 2,411cps
(정답률: 31%)
  • 실제 방출되는 방사능에 효율을 곱해 진계수율을 구한 뒤, 불감시간에 의한 손실을 보정하여 관측계수율을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $n = \frac{m}{1 + m\tau}$
    ② [숫자 대입] $n = \frac{0.25 \times 37000 \times 20 \%}{1 + (0.25 \times 37000 \times 20 \%)\times 120 \times 10^{-6}}$
    ③ [최종 결과] $n = 1514$
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90. 어떤 핵종의 내부전환계수가 3일 때 미 붕괴 당 방출되는 내부전환전자의 수는?

  1. 0.25개
  2. 0.33개
  3. 0.75개
  4. 3개
(정답률: 32%)
  • 내부전환계수 $\alpha$는 감마선 방출 확률에 대한 내부전환전자 방출 확률의 비를 의미하며, 전체 붕괴 당 내부전환전자의 방출 확률을 통해 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{\alpha}{1 + \alpha}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{3}{1 + 3}$
    ③ [최종 결과] $P = 0.75$
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91. 다음 중 NaI(Tl) 무기섬광검출기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. NaI(Tl)의 Tl을 활성물질이라고 한다.
  2. NaI(Tl)는 발광 중심 역할을 하도록 Tl불순물을 첨가하였다.
  3. 방사선에 의해 여기된 충만대의 전자는 도전대로 이동하여 결합전자가 된다.
  4. 도전대로 이동한 전자는 Tl의 에너지 밴드와 만나면 천이하여 빛을 내게 된다.
(정답률: 67%)
  • NaI(Tl) 섬광검출기에서 방사선에 의해 여기된 가전자대(충만대)의 전자는 전도대(도전대)로 이동하여 자유전자가 됩니다. 결합전자가 된다는 설명은 물리적 원리에 어긋납니다.

    오답 노트
    Tl불순물 첨가: 발광 중심을 형성하여 빛 방출 효율을 높이기 위함입니다.
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92. 다음 중 방사선 피폭에 대한 영향이나 피해를 나타낼 때 사용하는 용어에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 손상(Damage)이란 영향 중 인체에 부정적인 것만을 말한다.
  2. 위해(Detriment)는 인체에 대한 보건 상의 해로운 영향을 의미한다.
  3. 위험(Risk)은 확률을 포함하는 건강 상의 위해 또는 일반적인 의미의 위험을 말한다.
  4. 영향(Effect)는 방사선 또는 방사능으로 인해 유발되는 모든 종류의 효과를 말한다. 따라서, 영향에는 부정적인 의미뿐만 아니라 긍정적인 의미의 결과까지 포함된다.
(정답률: 68%)
  • 손상(Damage)은 방사선에 의해 생체 분자나 세포 수준에서 발생하는 물리적, 화학적 변화 그 자체를 의미하며, 반드시 부정적인 결과만을 지칭하는 용어는 아닙니다.
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93. 다음 중 확률론적 영향에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 영향의 발현을 우연성이 지배한다.
  2. 큰 무리의 세포에서 발생한다.
  3. 타원인 영향과 구분이 잘 안된다.
  4. 세포유전의 결과로 발생이 가능하다.
(정답률: 84%)
  • 확률론적 영향은 특정 문턱값(Threshold) 없이 발생 확률이 선량에 비례하는 영향으로, 개별 세포의 돌연변이 등 미세한 변화에서 시작됩니다.

    오답 노트
    큰 무리의 세포에서 발생한다: 이는 결정론적 영향(조직 반응)에 대한 설명입니다.
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94. BF3 비례계수관으로 Ra-Be 선원에서 방출되는 속중성자를 측정하고자 한다. 검출기의 감도를 높이기 위한 감속재의 재질로 적절하지 않은 것은?

  1. 파라핀
  2. 납(Pb)
  3. 폴리에틸렌
  4. 수소 함량이 많은 물질
(정답률: 64%)
  • 속중성자를 측정하기 위해서는 중성자의 에너지를 낮추는 감속 과정이 필요하며, 이를 위해 수소 함량이 많은 가벼운 원소의 물질을 감속재로 사용합니다.

    오답 노트
    납(Pb): 원자번호가 큰 무거운 원소로, 중성자 감속 효율이 매우 낮아 감속재로 적절하지 않습니다.
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95. 고에너지 감마선이 존재하는 혼합 방사선장에서 저에너지 엑스선을 측정할 수 있는 방사선검출기는?

  1. Phoswich(Phoshor Sandwich) detector
  2. 액체섬광검출기
  3. ZnS(Ag) 섬광검출기
  4. HPGe 반도체검출기
(정답률: 64%)
  • Phoswich(Phoshor Sandwich) detector는 서로 다른 감마선 응답 특성을 가진 섬광체를 겹쳐 만들어, 펄스 형상 분석을 통해 고에너지 감마선이 섞인 환경에서도 저에너지 엑스선을 선택적으로 측정할 수 있습니다.
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96. 다음 중 의료상 피폭의 범주에 해당하지 않는 것은?

  1. 의사, 의료기사 및 간호사의 피폭
  2. 환자 또는 피검자로서 진료과정에서 받는 피폭
  3. 의학 또는 생물학적 연구를 위한 실험의 대상으로서 자원자가 받은 피폭
  4. 환자의 보호자가 자신이 방사선을 피폭할 것을 인지하고서 환자의 부축이나 간호 등의 사유로 불가피하게 받는 피폭
(정답률: 72%)
  • 의료상 피폭은 환자, 피검자, 자원자, 그리고 인지하고 동의한 보호자가 받는 피폭을 의미합니다.

    오답 노트
    의사, 의료기사 및 간호사의 피폭: 이는 의료상 피폭이 아니라 직업적 피폭에 해당합니다.
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97. 감마선과 물질과의 상호작용 중 광전효과에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 광전효과는 비탄성산란이며, 선스펙트럼을 가진다.
  2. 광전효과 단면적은 물질의 원자번호(Z)와 광자의 에너지(E)에 따라 매우 민감하게 변한다.
  3. 광전효과에 의해 방출되는 광전자의 운동에너지는 입사하는 감마선의 에너지와 전자의 결합에너지를 더한 값과 같다.
  4. 광전효과란 입사하는 감마선이 원자의 궤도전자와 반응하여 감마선은 소멸되고 대신 하나의 전자가 그 원자로부터 튀어나오는 반응이다.
(정답률: 57%)
  • 광전효과에서 방출되는 광전자의 운동에너지는 입사 감마선 에너지에서 전자를 떼어내는 데 필요한 결합에너지를 뺀 나머지 값입니다.

    오답 노트
    비탄성산란이며 선스펙트럼을 가진다: 광전효과는 에너지를 모두 흡수하여 전자를 방출하므로 비탄성 과정이며, 결합에너지 차이에 따른 특성 엑스선(선스펙트럼)이 발생합니다.
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98. 다음 중 엑스선 이용시설의 차폐시설 설계에 영향을 주는 인자로 옳지 않은 것은?

  1. 가동인자(Work load)
  2. 가동율(Use factor)
  3. 점유도(Occupancy factor)
  4. 방사화(Radio-activation)
(정답률: 75%)
  • 엑스선 차폐 설계 시에는 방사선원의 강도와 사용 빈도를 나타내는 가동인자, 빔의 방향성을 고려한 가동율, 차폐벽 너머의 체류 시간을 의미하는 점유도를 반드시 고려해야 합니다. 반면, 방사화는 중성자 조사 등에 의해 물질이 방사성 동위원소로 변하는 현상으로, 엑스선 차폐 설계의 직접적인 인자가 아닙니다.
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99. 시료의 계수율이 600cpm이고, 백그라운드 계수율이 60cpm일 때 총 계수시간 20분으로 최상의 결과를 얻기 위한 측정시간 배분은?

  1. 시료: 약 13분, 백그라운드: 약 7분
  2. 시료: 약 14분, 백그라운드: 약 6분
  3. 시료: 약 15분, 백그라운드: 약 5분
  4. 시료: 약 16분, 백그라운드: 약 4분
(정답률: 40%)
  • 측정 오차를 최소화하여 최상의 결과를 얻기 위한 시료 측정 시간($t_s$)과 백그라운드 측정 시간($t_b$)의 최적 배분 비율은 각 계수율의 제곱근 비에 비례합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{t_s}{t_b} = \sqrt{\frac{R_s}{R_b}}$
    ② [숫자 대입] $\frac{t_s}{t_b} = \sqrt{\frac{600}{60}} = \sqrt{10} \approx 3.16$
    ③ [최종 결과] $t_s \approx 15.8, t_b \approx 4.2$
    따라서 가장 근접한 값은 시료 약 $15$분, 백그라운드 약 $5$분입니다.
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100. 원자력시설의 사고로 인근 주민이 131I을 100MBq 섭취하였다. 이 중 25%는 갑상선에 흡수되고 나머지는 소변으로 배출되었다. 131I의 유효반감기가 8일이라면, 섭취 후 5일 뒤에 남아있는 131I의 방사능은 얼마인가?

  1. 16.2MBq
  2. 32.4MBq
  3. 48.6MBq
  4. 64.8MBq
(정답률: 47%)
  • 섭취한 방사성 물질 중 갑상선에 흡수된 초기 방사능을 구한 뒤, 유효반감기를 이용한 방사능 붕괴 식을 적용합니다.
    ① [기본 공식] $A = A_{0} \times e^{-\lambda t} = A_{0} \times (\frac{1}{2})^{\frac{t}{T_{eff}}}$
    ② [숫자 대입] $A = (100 \times 0.25) \times (\frac{1}{2})^{\frac{5}{8}}$
    ③ [최종 결과] $A = 16.2$
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